高炉水渣的性能特征及应用途径

高炉水渣的性能特征及应用途径 刘邦军? 池鹏飞? 赵慧玲 ? (安钢集团综合利用开发公司) 摘要 ? 对水渣的成矿原因及其基本特性进行了分析, 研究了水渣以及水渣超细粉对水泥及混凝土的影响, 阐述了 水渣超细粉深加工的重要意义。 关键词? 水渣? 特性? 综合利用 THE APPILATION WAY AND PERFOROMANCE CHARACTERISTIC OF BLAST FURNACE WATER DREGS Liu Bangjun? Chi Pengfei? Zhao Huiling (Anyang Lron ? 收稿日期:2005? 10? 22 表 1? 国内几家钢铁公司水渣化学成分比较% 单位CaOSiO2Al2O3MgOFe2O3MnOTiSKM 安钢38. 9033.9213. 986. 732. 180. 260.58 邯钢37. 5632.8212. 066. 531. 780. 230.46 济钢36. 7633.6511. 698. 631. 380. 350.561. 67 首钢36. 7534.8511. 3213. 221. 380. 360.581. 711. 08 宝钢40. 6833.5814. 447. 811. 560. 320. 500. 21. 831. 01 武钢35. 3234.9116. 3410. 130. 811.711. 810. 89 马钢33. 2631.4712. 4610. 992. 553. 211.371. 651. 00 活性较好, CAS2( 钙长石) 和 CS( 假硅灰石) 活性较 差。因此, 水渣中 CaO 和 Al2O3含量高, SiO2含量低 时, 水渣的活性好。 4? 国内水渣质量标准 1994 年, 我国发布了? 用于水泥中的粒化高炉 矿渣( GB? T203- 94) ?的国家标准, 该标准规定水渣 的质量( 或活性) 系数和化学成分应满足以下要求 ( 见表 2) : 表 2? 用于水泥中的粒化水渣技术标准( GB? T203- 94) 项目 质量系数 K 二氧化钛 含量 ?% 氧化亚锰 含量 ?% 氟化物( 以 S 计)?% 硫化物( 以 S 计)?% 松散容重 ? kg? L 最大粒度 ? mm 大于10mm 颗 粒含量 ?% 合格品?1. 20? 10. 0? 4. 0? 2. 0? 3. 0? 1.20? 100? 8 优等品?1. 60? 2.0? 2. 0? 2. 0? 2. 0? 1.00? 50? 3 ? ? 注: K 为活性成分与非活性成分之比( CaO+ MgO+ Al2O3)? ( SiO2+ MnO+ TiO) 。 ? ? 用于水泥中的粒化水渣技术标准( GB? T203- 94) 要求: 碱性矿渣M 1; 中性矿渣 M= 1; 酸性矿渣 M 1。碱度系数M 为碱性氧化物与酸性氧化物之 比( CaO+ MgO)? ( Al2O3+ SiO2) 。 从表 1、 表 2 可以看出, 安钢水渣质量系数 K= 1?73;M 50035 40 ? ? 水渣超细粉对混凝土早期抗压强度影响较大, 水渣超细粉在一定细度时, 对混凝土早期强度影响, 随掺加量的增加而强度降低; 对混凝土后期强度影 响较小, 随矿渣超细粉掺加量的增加混凝土后期强 度变化不大。 5. 2. 4? 水渣超细粉对混凝土其他性能的影响 1) 和易性的影响。矿渣超细粉改善了水泥浆体 和易性。这是由于矿渣超细粉的粒子具有平滑而致 密的表面, 在搅拌初期吸附水量比水泥颗粒要少, 可 在浆体表面形成光滑的滑移面, 它具有较好的颗粒 分散性及较高的流动性。 2) 对凝结时间的影响。用矿渣超细粉等量取代 水泥后, 混凝土的凝结时间有所延长。这就是常说 的矿渣水泥早期强度低后期强度高的影响。 3) 对坍落度损失的影响。一般条件下, 用矿渣 超细粉等量取代水泥后, 能适当的减少混凝土坍落 度损失, 因为矿渣超细粉初期吸附水量较少, 水化速 度也慢, 因而使坍落度损失减少。 4) 对混凝土渗透性的影响。混凝土的渗透性决 定于混凝土的孔隙分布状况, 矿渣超细粉的颗粒一 般比水泥颗粒细, 它可以填充在混凝土孔隙之间, 降 低了混凝土的孔隙, 另一方面, 矿渣超细粉混凝土的 孔隙中常为硅酸钙水化物所填充, 孔隙减小, 渗透性 大大降低。 5) 抗酸碱性能。为了解矿渣水泥的抗腐蚀性 能, 对其进行了抗硫酸盐腐蚀长期侵泡试验。实验 表明, 用矿渣超细粉替代部分硅酸盐水泥, 可改善混 凝土的抗硫酸盐性, 其原因是: 混凝土拌合物中 C3S ( 硅酸三钙) 的含量的降低, 随矿渣超细粉取代率的 增大而降低, 由于形成水化硅酸钙, 可溶性氢氧化钙 减少, 这样减少了形成硫酸钙的条件; 另外, 抗硫酸 盐腐蚀性能, 很大程度取决于混凝土的渗透性, 硅酸 钙水化物在微孔中形成时, 一般有碱及钙的氢氧化 物, 这样降低了混凝土的渗透性, 从而防止了侵蚀性 的硫酸盐侵入, 从而提高了混凝土的抗腐蚀性能。 6) 抑制碱- 集料反应。世界各国都公认掺入矿 渣超细粉是抑制碱- 集料( 砂石等) 反应的有效措 施, 抑制效果与矿渣超细粉取代水泥数量成正比。 矿渣超细粉抑制碱- 集料反应的原因是: 在矿渣超 细粉混凝土中, 由于渗透性降低, 碱离子的活动能力 大大下降, 从化学反应角度分析, 这时的反应热降 低, 而且随着掺量的增加, 反应热降低的幅度增大, 降低了由于碱- 集料反应引起的混凝土体积膨胀开 裂, 提高混凝土质量 ( 一般硅酸盐水泥混凝土反应 热高, 易产生应力集中, 导致砼裂缝) 。 7) 对钢筋的保护作用。氯化物会侵蚀混凝土中 的钢筋, 由于矿渣超细粉能降低混凝土的孔隙率, 从 而降低氯离子的渗透, 形成对钢筋的防腐保护层。 因此, 矿渣超细粉混凝土具有比普通硅酸盐混凝土 更强的抗氯化物渗透性。利用这一特性, 矿渣超细 粉混凝土比较适用于水利、 海防工程。 值得注意的是, 矿渣超细粉水泥混凝土对养护 条件比硅酸盐水泥混凝土更为敏感, 由于矿渣超细 粉水化速度较慢, 养护龄期也应比硅酸盐水泥混凝 土需要更长一些时间。 6? 矿渣超细粉的生产技术 由于高炉水渣具有致密度较高、 相对易磨性较 小的特点, 因此将其磨细至 400 m 2? kg 以上有较大的 难度。就目前而言, 超细矿渣的生产技术有以下几 类: 1) 利用高细球磨机对水渣进行开路粉磨。其优 点是系统简单、 操作方便、 投资较低。缺点是产量 低、 系统电耗高; 出磨成品温度很高, 易吸潮结块、 降 低矿粉活性、 库存周期短; 目前有一些厂家自行做了 类似改造。 2) 利用振动磨对水渣进行开路粉磨。其优点是 系统简单、 占地面积小,( 下转第50 页) ?31? 2005年第 6 期? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 河? 南? 冶? 金 氧化层, 其中易酸洗的 FeO 重量百分比达 80% 以 上。65 # 优碳盘条要得到适合于拉拔的是索氏体组 织, 根据CCT 曲线, 冷却速度应控制在 8? ? S 左右, 使奥氏体在 650? 开始相变。为达到这个冷却能 力, 必须合理控制风机的风量。此外要获得线圈均 一性组织, 还要正确使用? 佳灵?装置合理的分配横 剖断面宽度方向上的风量, 根据吐丝速度正确设定 辊道速度控制线环间距, 改善线环? 搭接点?对冷却 条件的影响。在轧制条件不变的情况下, 提高吐丝 温度能提高线材的强度指标, 但对氧化铁皮控制不 利, 吐丝温度在 900? 以下时, 氧化铁皮以 90% 95% 的FeO 为主, 当吐丝温度在 980? 以上时, 氧化 铁皮中Fe3O4达到 70% 76% , 这时酸洗不易除去。 因此必须综合考虑性能与氧化铁皮等情况选取合适 的吐丝温度。 5? 结论 1) 采用? 优质废钢兑铁水+ 电炉冶炼+ LF 炉外 精炼+ 小方坯连铸+ 高速线材轧制?工艺路线生产 高碳钢盘条是切实可行的。 2) 控轧控冷、 高精度轧制等技术的运用, 为制品 行业提供优质原料创造了条件。 6? 参考文献 1 ? 戴宝昌. 重要用途线材制品生产新技术. 北京: 冶金工业出版 社, 2001,15 18 2 ? ?高速轧机线材生产?编写组. 高速轧机线材生产. 北京: 冶金 工业出版社, 1995.400 406. ( 上接第 31页) ? ? ? 其缺点是能耗较高, 细度 达到 400 450 m 2? kg 的超细矿渣, 单位电耗为 80 90 kW?h? t; 单台振动磨的生产规模小( 最大规格振 动磨也小于 5t? h) , 不能大规模生产; 由于振动磨的 故障率明显高于球磨机, 因此系统维修费用较高、 运 转率较低。目前国内采用该项技术的很少。 3) 利用国外带内分选的立磨对水渣进行闭路粉 磨。这种粉磨方式的优点是集粉磨、 烘干、 选粉于一 体, 系统简单、 粉磨效率高、 节约能耗。由于立磨进 行料层间挤压粉碎, 而水渣属脆性物料, 因此能量利 用率得到了较大提高, 一般将水渣粉磨到 400m 2? kg 时的单位电耗为 45 55 kW?h? t。缺点是投资规模 巨大, 一般企业难以承受, 一条 60 万吨? 年的生产线 需要投资 7 千多万元; 而且主机的维修费用昂贵; 对 生产管理要求很高。目前国内少数大型钢铁企业实 施了该项技术。 4) 采用高细球磨机对水渣进行闭路粉磨。在成 熟的球磨机闭路粉磨系统上进行优化改进, 水渣入 磨前进行粗磨, 增加选粉机进行闭路粉磨。该技术 优点是系统能耗低、 粉磨率高, 细度达到 400 450m 2? kg 的超细矿渣, 单位电耗为 70kW?h? t 以下; 精度高、 易调节, 能够快捷实现超细粉产品多元化; 系统投资较小, 维护管理方便, 生产控制简单易行, 可实现连续稳定生产。目前国内有十余条这样的生 产线。 7? 国内外利用情况和安钢水渣的应用前景展望 国外对水渣超细粉的应用比国内早, 南非于 1958年以来, 将比表面积 400m 2? kg 以上的水渣超细 粉用于商品混凝土; 英国于1969 年以来也开始生产 掺有磨细矿渣的商品混凝土, 并用于世界上最长的 Humber 桥大的主塔混凝土等工程。用磨细矿渣和 硅酸盐水泥混合制造矿渣水泥, 在英国几乎成为规 范, 每年磨细矿渣混凝土的用量超过 800 万立方。 目前, 美国和加拿大也用此法替代过去的矿渣硅酸 盐水泥。 我国水泥生产有 75% 85% 的企业掺用了不 同数量的水渣, 平均掺兑比例小于 40%, 利用率相 对较低。随着近几年粉磨技术的不断提高, 我国东 南沿海等城市应用水渣超细粉较早, 如上海教育电 视台综合楼基础混凝土用量达 3000m 3, 其中胶凝材 料中水渣超细粉掺量达 50%; 深圳福田中华广场大 楼用砼矿渣粉掺量为 35% ; 北京地铁复八线八王坟 车辆段工程用砼矿渣粉掺量 27% 35% 。充分展 示了水渣超细粉的美好应用前景。 目前, 安钢集团公司? 三步走?发展中的前两步 已全面竣工投产, 八座高炉( 包括 2200m 3 高炉) 每年 产生水渣150 余万吨, 随着安钢第二座大高炉上马, 每年水渣总量将超过 200 万吨以上。而与宝钢、 武 钢、 济钢等企业相比, 场地的不足以及水渣存储场地 的大量萎缩, 成为制约安钢发展的一大阻碍。开发 和综合利用水渣, 对水渣废物利用、 发展循环经济, 意义十分重大, 既解决了水渣的出路问题, 也节约了 自然资源, 同时解决了因大量堆积造成的环境污染。 因此, 尽快上马大型水渣超细粉生产线正当其时, 以 解决水渣的长期出路和增值再利用问题,